西交大电力电子第五次研讨课.docx
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西交大电力电子第五次研讨课.docx
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题目一
针对单相相控调压电路,仿真研究对于给定负载,不同触发角作用下,输出电压波形和输入电流波形(对照电网电压),研究输出电压有效值随触发角变化的规律,讨论并验证输入电流连续的条件。
条件:
输入电压220V,频率50Hz;
负载:
R=10W,电感L=0.0267H
仿真电路:
(1)研究不同触发角情况下,输出电压跟输入电流的波形
触发角α的移相范围为φ≤α≤180°,φ为阻感负载的阻抗角φ=arctan(ωL/R)=39.99°
注:
每张图像从上到下分别为触发信号、输入电压、输入电流以及输出电压
图一触发角为60°
图二触发角为90°
图三触发角120°
图四触发角150°
从以上图像我们可以看出,输出电压波形的缺口即电压断续部分随着触发角的增大而逐渐变宽,输出电压的有效值减小;输入电流波形的断续部分也随着触发角的增大而变宽,且幅值在变小。
(2)输出电压有效值随触发角的变化规律
图五仿真图像
随着触发角的增大,输出电压的有效值呈现减小的趋势,当α=φ时,输出电压的有效值基本等于输入电压的有效值为220V,此时在一个周期内,uo是连续的,在不考虑晶闸管等的压降时,输出电压应该与输入电压相等;而当α=180°时,输出电压有效值减小到0,因为此时电路中晶闸管在整个周期内都不会导通,故输出电压为0。
程序:
Matrix_uo=zeros(1,141);
Matrix_a=zeros(1,141);
i=1;
fora=40:
1:
180;
sim('danxiangtiaoya',[0,0.1]);
uo1=uo.data;
Matrix_uo(1,i)=uo1(end);
Matrix_a(1,i)=a;
i=i+1;
end
figure
(1);
plot(Matrix_a,Matrix_uo);
(3)输入电流连续的条件为触发角α恰好等于φ。
分析:
由于阻感负载的阻抗角为φ,即负载电压滞后输入电压的相位为φ,规定输入电压过零为t=0时刻,则如果没有开关的情况下输出电压应该在ωt=φ时过零,而此时给晶闸管加触发脉冲,晶闸管瞬间立即承受正向电压,导通,不会存在电流电压断续的情况。
而输入电流应该与输出电压同相位变化,因此此时输入电流也不会发生断续的情况,波形为一个完整的正弦波。
下图为触发角α=40°时的时序波形,可见输入电流与输出电压都是连续的。
题目二
题目描述:
采用相同的电压与负载条件,针对单相斩控调压电路,电路结构如下图所示,仿真研究不同占空比控制下,输出电压与输入电流的波形(对照电网电压),分析换流过程,研究输出电压有效值随占空比变化的规律。
仿真中,建议使用元件库中的IGBT模型,开关频率建议为1kHz,不考虑半导体器件的开关暂态过程。
条件同第一问(输入电压220V,频率50Hz;负载:
R=10W,电感L=0.0267H)
原理图如下:
实验仿真电路:
(1)不同占空比条件下输入电流与输出电压波形
没个图像从上到下依次是输入电流波形、触发信号波形、输出电压波形
图一占空比α=0.1
图二占空比α=0.3
图三占空比α=0.5
图四占空比α=0.7
图五占空比α=0.9
输入电流的波形随着α的增大我们可以发现其断续部分的宽度在减小,且幅值在增大,连续部分与整个周期T的比值就是占空比α;输出电压的波形除了幅值的差异,形状以及变化趋势与输入电流基本一致,且相位超前于输入电流φ。
测量输入电流与输出电压之间的相位差:
从测量结果中得ΔT=2.441ms,则相位差θ=(ΔT/T)*360°=43.15°,而理论阻抗角为39.99°,故相位差基本与阻抗角相等,满足要求。
(2)输出电压有效值uo与占空比α之间的关系
从图形中我们可以发现,输出电压的有效值随着α的增大而增大,这是由于输出电压波形中电压为0的部分会随着占空比的增大而逐渐变窄,一个周期内做功增多,故有效值会变大。
程序:
Matrix_uo=zeros(1,99);
Matrix_a=zeros(1,99);
i=1;
fora=1:
1:
99;
sim('zhanbotiaoya',[0,0.1]);
uo1=uo.data;
Matrix_uo(1,i)=uo1(end);
Matrix_a(1,i)=a;
i=i+1;
end
figure
(1);
plot(Matrix_a,Matrix_uo);
题目三:
题目:
对比分析以上两种电路输出电压在基波成分幅值相同的条件下,其谐波频谱含量的差异。
单相交流调压电路的谐波分析
由于波形正负半波对称,所以不含直流分量和偶次谐波,用傅里叶级数表示如下
基波和各次谐波的有效值可以按下式求出
仿真结果:
仿真结果表明,单相交流调压电路的输出电压除基波外,还含有3、5、7等奇次谐波,且谐波含量随频率的增加而降低。
由于其谐波频率低,很难从输出电压中滤除。
然而,单相交流斩波器的输出电压只含有与开关频率(1000Hz)有关的高次谐波。
这些高次谐波可以通过一个小的滤波器来消除,因此可以对输出电压进行滤波以获得理想的波形。
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